1.為什么輸配電網(wǎng)一體化電壓穩(wěn)定評估需要發(fā)展分布式連續(xù)潮流算法？

在現(xiàn)有電網(wǎng)調(diào)度控制體系中，輸、配電網(wǎng)的管理、分析、調(diào)控和運行維護分屬不同的上下級控制中心。此外，輸配電網(wǎng)整體規(guī)模龐大，輸、配電網(wǎng)在電壓等級、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和阻抗參數(shù)等方面存在較大差異，并且配電網(wǎng)的三相不平衡特征比較突出。為此，有必要研究適用于輸配電網(wǎng)一體化分析的分布式計算方法。有學者提出了求解輸配全局潮流的主從分裂法，也有學者建議在輸配電網(wǎng)分布式潮流計算中考慮發(fā)電機和分布式電源的動態(tài)特性。連續(xù)潮流是電壓穩(wěn)定分析的有效工具，能考慮描述網(wǎng)絡(luò)元件非線性特性的不等式約束條件，準確計算系統(tǒng)負荷裕度，為工業(yè)界提供可靠的電壓穩(wěn)定評估指標。本文提出一種用于輸配電網(wǎng)一體化電壓穩(wěn)定評估分布式連續(xù)潮流方法，不等式約束的處理采用迭代過程中節(jié)點類型轉(zhuǎn)換技術(shù)來實現(xiàn)，穩(wěn)定臨界點通過判斷曲線斜率變號和步長縮減技術(shù)來得到。

2.如何實現(xiàn)輸配電網(wǎng)全局電壓穩(wěn)定評估的分解？

輸、配電網(wǎng)組成的全局電網(wǎng)如圖1（a）所示。圖中，T和D分別表示輸、配電網(wǎng)，它們之間通過連接節(jié)點（記為PCC）聯(lián)系。由于輸、配電網(wǎng)分別由兩級電網(wǎng)公司運營和維護，其分析計算分別由上、下兩級控制中心負責。本文將輸配電網(wǎng)全局電壓穩(wěn)定評估問題分解為獨立的輸、配電網(wǎng)計算子問題及其PCC點處信息交互三個部分組成，從而最大限度保持了輸、配電網(wǎng)現(xiàn)有的管理和計算模式。輸電網(wǎng)側(cè)獨立連續(xù)潮流計算的示意圖如圖1（b）所示，采用局部參數(shù)化方法。第i個配電網(wǎng)獨立計算的示意圖如圖1（c）所示。配電網(wǎng)采用自然參數(shù)化方法（即普通潮流技術(shù)）來保證與輸電網(wǎng)負荷增長的一致性和同步性。

圖1 輸配電網(wǎng)全局電壓穩(wěn)定評估的分解示意圖

3.輸、配電網(wǎng)間信息交互機制的設(shè)計與計算流程是怎樣的？

在輸電網(wǎng)連續(xù)潮流校正環(huán)節(jié)求解可得各PCC點狀態(tài)變量和負荷參數(shù)，并將其傳遞給各個配電網(wǎng);各個配電網(wǎng)基于此根節(jié)點狀態(tài)變量求解可得其他節(jié)點的狀態(tài)變量，計算PCC點等值負荷功率后將其返回上級輸電網(wǎng);輸電網(wǎng)收到各PCC點的等值負荷功率后重復上述步驟進行計算，直至滿足根節(jié)點有功、無功和電壓和負荷參數(shù)均滿足迭代誤差的收斂條件，即通過校正環(huán)節(jié)中輸、配電網(wǎng)間PCC點處電氣量的交換實現(xiàn)全電網(wǎng)負荷裕度的分布式計算。輸配電網(wǎng)一體化分布式連續(xù)潮流的整體計算流程如圖2所示。

圖2輸配電網(wǎng)分布式連續(xù)潮流算法流程圖

4.提高計算收斂性的措施和單相/三相接口處理

對于給定的負荷增長方式，配電網(wǎng)可能先于輸電網(wǎng)發(fā)生電壓崩潰。由于配網(wǎng)進行普通潮流計算，當接近臨界點時，其潮流收斂速度變慢甚至發(fā)散。這時，需要轉(zhuǎn)換輸、配電網(wǎng)連續(xù)潮流的參數(shù)化方法，然后由輸電網(wǎng)采用自然參數(shù)化方法參與協(xié)調(diào)計算;配電網(wǎng)采用局部幾何參數(shù)化方法來避免三相不平衡配電系統(tǒng)中P-V曲線斜銳角現(xiàn)象導致的連續(xù)潮流計算失敗。若轉(zhuǎn)換參數(shù)化方法后潮流仍無法收斂，可采用最優(yōu)乘子技術(shù)處理潮流臨近病態(tài)或病態(tài)的情況。

不論第i個配電網(wǎng)是否三相平衡，其根節(jié)點狀態(tài)變量總是三相平衡。根節(jié)點在配網(wǎng)中A相電壓相量應(yīng)等于單相輸電網(wǎng)獨立計算的潮流結(jié)果。對于輸電網(wǎng)側(cè)獨立計算而言，PCC點的等值負荷功率等于配電網(wǎng)根節(jié)點的三相功率之和。

5.配電網(wǎng)連續(xù)潮流中如何處理DG？

配電網(wǎng)側(cè)DG主要通過同步/異步電機和電力電子逆變器兩種方式并網(wǎng)。同步發(fā)電機型DG的勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要有自動電壓控制和功率因數(shù)控制2種勵磁控制方式。若潮流計算中自動電壓控制型DG的無功出力越限，則進行PV-PQ節(jié)點類型轉(zhuǎn)換處理。異步風力發(fā)電機通過機端并聯(lián)電容器組的自動分組投切可維持功率因數(shù)恒定，若電容器的投切數(shù)量到達限值，則無功出力由輸出有功和機端電壓決定，在潮流計算中視為PQ（V）節(jié)點。目前，電力電子逆變器因控制靈活等特點得到了廣泛應(yīng)用。逆變器主要有電壓控制和電流控制等控制方式，在潮流計算中相應(yīng)處理為PV節(jié)點和PI節(jié)點。為了使DG在合理的無功出力范圍內(nèi)調(diào)度，若電壓控制型DG的并網(wǎng)注入電流越限，則將注入電流幅值固定為上限值，節(jié)點轉(zhuǎn)換為PI類型，并將PI節(jié)點的無功出力方程代入潮流方程中聯(lián)立求解;若后續(xù)迭代中并網(wǎng)節(jié)點電壓高于原電壓設(shè)定值，且注入電流小于上限值，則將PI節(jié)點轉(zhuǎn)換回PV節(jié)點。

6.輸配電網(wǎng)一體化分布式連續(xù)潮流計算的應(yīng)用效果如何？

本文采用由IEEE30節(jié)點輸網(wǎng)和IEEE33節(jié)點三相不平衡配網(wǎng)構(gòu)成的算例。令配電網(wǎng)各節(jié)點負荷維持原功率因數(shù)增長，負荷增量由輸電網(wǎng)各發(fā)電機按當前出力比例分擔，輸電網(wǎng)除PCC點外其他節(jié)點負荷不變，分布式連續(xù)潮流被分成三種模式計算：1）全網(wǎng)分布式連續(xù)潮流計算;2）將配網(wǎng)等值為PCC點的負荷功率，負荷恒功率因數(shù)增長，僅對輸網(wǎng)進行連續(xù)潮流計算;3）令配電網(wǎng)根節(jié)點為恒壓松弛節(jié)點，對三相配電網(wǎng)進行獨立連續(xù)潮流計算。三種模式下PCC點的P-V曲線如圖3所示。由圖3看出，輸電網(wǎng)獨立計算與全網(wǎng)分布式計算的負荷裕度結(jié)果相差較大，P-V曲線差異大，這是因為前者本質(zhì)上默認輸網(wǎng)為全網(wǎng)電壓失穩(wěn)的主導方，但實際電壓崩潰是由配電網(wǎng)側(cè)負荷增長造成的，配網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)對全網(wǎng)負荷裕度起到了決定性影響。在全網(wǎng)分布式連續(xù)潮流計算中，隨著配電網(wǎng)負荷增長，PCC點電壓會不斷下降，表明傳統(tǒng)配網(wǎng)孤立連續(xù)潮流計算時根節(jié)點為無窮大，恒壓節(jié)點的假設(shè)是不切合實際的。根節(jié)點電壓下降導致配電網(wǎng)的實際負載能力與配電網(wǎng)孤立連續(xù)潮流計算相比要明顯減小。

圖3 三種情況下PCC點的P-V曲線